(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行補助用電動機および変速機を有する自転車、を制御する自転車用制御装置であって、
変速の指示を受け付ける受付部と、
第１制御と、クランクが上下死点を含む所定の範囲にあるときのみ、前記走行補助用電動機の出力を前記第１制御での前記走行補助用電動機の出力よりも小さくする第２制御とを有し、踏力に応じて前記走行補助用電動機の出力を変化させる、出力制御部とを含み、
前記変速の指示を受け付けた時に、前記出力制御部は、前記第１制御を前記第２制御に切り替える、自転車用制御装置。
【請求項２】
前記変速機は、変速用電動機を含み、
前記変速の指示に基づいて、前記変速用電動機を動作させる変速制御部をさらに備え、
前記変速制御部は、前記第２制御における前記走行補助用電動機の出力の最小値近傍で、前記変速用電動機を動作させる、請求項１に記載の自転車用制御装置。
【請求項３】
前記踏力を測定する測定部をさらに備え、
前記第２制御では、前記踏力が最小となる時に、前記走行補助用電動機の前記出力も最小となる、
請求項１または２に記載の自転車用制御装置。
【請求項４】
前記測定部は、前記踏力として前記自転車のクランク軸に作用する回転トルクを測定する、
請求項３に記載の自転車用制御装置。
【請求項５】
前記出力制御部は、前記踏力が所定の範囲にあるときに、前記クランクが前記上下死点を含む前記所定の範囲にあると判断する、
請求項３または４に記載の自転車用制御装置。
【請求項６】
前記クランクの位置を検出する検出部をさらに備え、
前記出力制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記クランクが前記上下死点を含む前記所定の範囲にあると判断する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項７】
前記変速機は、内装変速機である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項８】
前記変速機は、外装変速機である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項９】
前記走行補助用電動機は、前記自転車のチェーンを駆動させる、
請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行補助用電動機および変速機を有する自転車、を制御する自転車用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人の踏力に加え、モータ駆動力で走行補助を行う電動アシスト自転車が、最近では普及してきている。この電動アシスト自転車に変速機が装備されている場合、その変速機による変速動作がスムーズに行われるように、特許文献１においては、変速指示の操作があったときに、走行用モータからの補助動力の供給を一時的に停止又は低下させ、所定時間後に補助動力の供給を再開するという制御が示されている。この制御では、補助動力の供給が停止または低下する間に変速動作を実行するため、変速機が変速しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６８８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される制御では、変速動作前後の所定期間は補助動力の供給が所定の値以下に制限されるため、ライダーにかかる負荷が大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、走行補助用電動機および変速機を有する自転車において、スムーズな変速動作を実現しつつ、変速時におけるライダーの負荷の増加を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係る自転車用制御装置は、走行補助用電動機および変速機を有する自転車を制御する装置である。自転車用制御装置は、受付部と、出力制御部とを含む。受付部は、変速の指示を受け付ける。出力制御部は、第１制御と、クランクが上下死点を含む所定の範囲にあるときのみ、走行補助用電動機の出力を第１制御での走行補助用電動機の出力よりも小さくする第２制御と、を有し、踏力に応じて走行補助用電動機の出力を変化させる。変速の指示を受け付けた時に、出力制御部は、第１制御を第２制御に切り替える。
【０００７】
この自転車用制御装置では、変速機に対する変速指示の受け付け時に、走行補助用電動機の出力の制御を、第１制御から第２制御に切り替える。第２制御では、クランクが上下死点を含む所定の範囲にあると判断される間の走行補助用電動機の出力が、第１制御に比べて小さくなるため、変速機および／またはチェーンに作用する負荷が小さくなりやすい。その結果、変速動作がスムーズに実行できるようになる。一方で、クランクが所定の範囲にあると判断される間以外は、第２制御においても、第１制御と同様の走行補助用電動機の出力を得られるため、ライダーの負荷の増加が抑制される。
【０００８】
発明２に係る自転車用制御装置は、発明１に記載の自転車用制御装置であって、変速機は、変速用電動機を含む。変速の指示に基づいて、変速用電動機を動作させる変速制御部をさらに備える。変速制御部は、第２制御における走行補助用電動機の出力の最小値近傍で、変速用電動機を動作させる。
【０００９】
ここでは、走行補助用電動機の出力が最小値近傍となるタイミングで変速動作が行われるため、変速機および／またはチェーンに作用する負荷は小さくなりやすく、変速動作がスムーズになる。
【００１０】
発明３に係る自転車用制御装置は、発明１または２に記載の自転車用制御装置であって、踏力を測定する測定部をさらに備える。第２制御では、踏力が最小となる時に、走行補助用電動機の出力も最小となる。
【００１１】
この場合、踏力が最小の時には、変速用電動機の出力も最小となる。すなわち、トータルの駆動力が最小となる。したがって、このタイミングでは変速機および／またはチェーンに作用する負荷が小さくなり、変速機が変速しやすい。
【００１２】
発明４に係る自転車用制御装置は、発明３に記載の自転車用制御装置であって、測定部は、踏力としてクランク軸に作用する回転トルクを測定する。
【００１３】
変速時には、変速機および／またはチェーンへの負荷を小さくするため、クランク軸に作用する回転トルクが小さくなるほうが望ましい。本発明では、回転トルクが最小となる時に、走行補助用電動機の出力も最小となり、駆動力のトータルが最小となるため、変速動作がスムーズに行われる。
【００１４】
発明５に係る自転車用制御装置は、発明３または４に記載の自転車用制御装置であって、出力制御部は、踏力が所定の範囲にあるときに、クランクが上下死点を含む所定の範囲にあると判断する。
【００１５】
この場合には、踏力の測定結果でクランクが所定の範囲にあるか否かを判断できる。クランクが所定の範囲にあるか否かを判断する独自のセンサが不要となるため、本発明が適用される自転車の構成が簡素化されやすい。
【００１６】
発明６に係る自転車用制御装置は、発明１から４のいずれかに記載の自転車用制御装置であって、クランクの位置を検出する検出部をさらに備える。変速制御部は、検出部の検出結果に基づいて、クランクが上下死点を含む所定の範囲にあると判断する。
【００１７】
この場合には、検出部によりクランクが所定の範囲にあることがより確実に判断される。そのため走行補助用電動機の出力が最適に制御されやすく、スムーズな変速動作がより確実に実現されやすい。
【００１８】
発明７に係る自転車用制御装置は、発明１から６のいずれかに記載の自転車用制御装置であって、変速機は内装変速機である。
【００１９】
内装変速機は、歯車を用いた変速機であり、その取付位置によって、後輪ハブ変速機と呼ばれるものや、クランク軸変速機と呼ばれるものがある。この内装変速機では、伝達するトルクが小さいときのほうが大きいときよりも変速動作が一般にスムーズであるが、本発明では変速動作時に、クランクの上下死点を含む所定の範囲で、変速機に掛かるトルクが小さくなるため、スムーズな変速動作が実現できる。
【００２０】
発明８に係る自転車用制御装置は、発明１から６のいずれかに記載の自転車用制御装置であって、変速機は外装変速機である。
【００２１】
外装変速機は、ディレーラによってチェーンをスプロケット間で移動させることで変速を行う変速機である。クランク軸のスプロケット間でチェーンを掛けかえるフロントディレーラ、及び／又は、後輪のスプロケット間でチェーンを掛けかえるリアディレーラを、シフターから延びるワイヤ（ケーブル）または電動モータで動かすことで、変速が行われる。この外装変速機では、ある程度の張力がチェーンに掛かっていても変速動作に悪影響が出ることは少ないが、過度の張力がチェーンに掛かっていると変速しにくい。しかし、本発明によれば、変速動作時に、クランクの上下死点を含む所定の範囲で、チェーンに過度の張力が掛かることがなくなるので、変速動作がスムーズになる。
【００２２】
発明９に係る自転車用制御装置は、発明１から８のいずれかに記載の自転車用制御装置であって、走行補助用電動機は、前記自転車のチェーンを駆動させる。
【００２３】
この場合、人の踏力がクランクを介して伝えられるチェーンを、走行補助用電動機によっても直接または間接的に駆動する。変速動作時には、クランクの上下死点を含む所定の範囲において、チェーンの張力が本発明によって小さくなるため、変速動作がスムーズになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、変速指示を受け付けると、走行補助用電動機の出力の制御が切り替えられ、クランクが上下死点を含む所定の範囲にあると判断される間における走行補助用電動機の出力は、変速指示の受け付け前に比べ小さくなる。その結果、変速時に変速機および／またはチェーンに係る負荷は小さくなりやすく、変速がスムーズに実行される。一方で、クランクが所定の範囲にある間以外は、変速指示の受け付け後であっても、変速指示の受け付け前と同様の走行補助用電動機の出力が得られるため、ライダーの負荷の増加が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態が採用される自転車の側面図。
【図２】本発明の第１実施形態が採用される自転車の自転車用電装システムの構成を示すブロック図。
【図３】クランク位置センサの正面拡大図。
【図４】自転車のハンドル部の斜視図。
【図５】本発明の第１実施形態による自転車用制御装置のブロック図。
【図６】（Ａ）は走行補助用電動機の脈動を抑える制御を行わない場合の走行補助用電動機の出力の一例（第２制御における走行補助用電動機の出力の一例）。（Ｂ）は走行補助用電動機の脈動を抑える制御を行う場合の走行補助用電動機の出力の一例（第１制御における走行補助用電動機の出力の一例）。
【図７】検出部によるクランク位置の判断の一例を示す動作図。
【図８】変速制御処理のメインルーチンのフローチャートの一例。
【図９】自動変速処理のフローチャートの一例。
【図１０】手動変速処理のフローチャートの一例。
【図１１】変速時の走行補助用電動機の出力変化の一例。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜第１実施形態＞
（１）構成
＜全体構成＞
図１において、本発明の第１実施形態を採用した自転車１０１は、人力による駆動をアシスト機構１０５ａにより補助するアシスト自転車である。自転車１０１は、フレーム体１０２ａとフロントフォーク１０２ｂとを有するフレーム１０２と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、図示しないフロントブレーキ装置およびリアブレーキ装置と、前照灯１２３と、を備える。また、自転車１０１は、図２に示す、自転車用の複数の電装品からなる電装システム１５０を有する。電装品として、制御部１５１と、アシスト機構１０５ａと、充電池１０５ｂと、ハンガーユニット１２２ａと、変速ユニット１７０と、前照灯１２３と、変速操作部１７５と、発電ハブ１９０と、を備える。
【００２７】
＜各構成＞
以下では位置関係を説明する上で、左または右という表現を用いるが、ここでの左または右は、自転車１０１を後方から見る場合の左右を示す。
【００２８】
＜フレーム＞
フロントフォーク１０２ｂは、図１に示すように、フレーム体１０２ａの前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着される。フロントフォーク１０２ｂの前面には、ＬＥＤを用いた省力型の前照灯１２３が設けられる。フレーム体１０２ａには、サドル１１１およびハンドル部１０４を含む各部が取り付けられる。フレーム体１０２ａの下部中央には、後述するクランク軸１１６を支持するためのハンガー部１２２が設けられる。
【００２９】
ハンガー部１２２には、トルクセンサ１４１と、クランク位置センサ１４２とを有するハンガーユニット１２２ａが設けられる。トルクセンサ１４１は、後述するクランク軸１１６に作用する回転トルクを踏力として測定するものである。なお、トルクセンサ１４１は、踏力を測定する測定部の一例である。トルクセンサ１４１は、クランク軸１１６のトルクを、非接触で、或いは、クランク軸１１６またはクランク軸１１６の両端にそれぞれ固定されるクランクアーム１１８に接触して検出する。例えばトルクセンサ１４１は、クランク軸１１６に設けられる磁歪素子とその磁歪素子に対向して配置される検出コイルを備える磁歪センサ、クランク軸１１６またはクランクアーム１１８に設けられる歪ゲージ、またはクランク軸１１６を支持するハンガー部１２２に設けられる歪ゲージによって実現される。トルクセンサ１４１は、これらの構成に限られず、クランク軸１１６に作用するトルクに応じて出力が変化するセンサであればよい。クランク位置センサ１４２は、クランクアーム１１８の位置を把握するためのセンサであり、クランクアーム１１８が、上下死点に対し所定の範囲内に位置するか否かを検出するために設けられる。クランク位置センサ１４２は、クランクの位置を検出する検出部の一例である。
【００３０】
以下にクランク位置センサ１４２について詳しく説明する。
【００３１】
（クランク位置センサ）
クランク１１６の両端にそれぞれ固定されるクランクアーム１１８の位置を検出するために、自転車１０１には図３に示すクランク位置センサ１４２が装着されている。クランク位置センサ１４２は、クランクアーム１１８に設けられる磁石４５と、フレーム体１０２ａのハンガー部１２２に設けられる第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと、を有する。
【００３２】
磁石４５は、環状に形成され、周方向にＳ極４５ａとＮ極４５ｂとが隣接して配置される。磁石４５は、固定部材４８によって、クランクアーム１１８に固定される。固定部材４８は、例えば複数のネジによって実現される。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとは、クランク軸１１６の外周に配置され、ここでは、それぞれが半円環の形状を有する。例えば、クランク軸１１６の中心を通る平面によって分割される磁石４５の一方をＳ極４５ａとし、他方をＮ極４５ｂとしている。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとは隣接するので２つの境界を有する。各境界は、クランク軸１１６まわりに１８０°離れている。Ｓ極４５ａとＮ極４５ｂとの境界となる第１境界線４５ｃおよび第２境界線４５ｄは、それぞれクランクアーム１１８の長手方向に沿って配置される。より好ましくは、第１境界線４５ｃおよび第２境界線４５ｄは、クランク軸１１６の回転軸線を含み、かつペダル１２１の取り付け孔の中心軸線を含む平面Ｎ（図３参照）上に設けられる。第１境界線４５ｃでは、時計まわりの上流側にＮ極４５ｂが配置され、下流側にＳ極４５ａが配置される。第２境界線４５ｄでは、時計まわりの上流側にＳ極４５ａが配置され、下流側にＮ極４５ｂが配置される。
【００３３】
第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、磁石４５に対向する位置で、ハンガー部１２２に装着される。磁石４５は、クランク軸１１６の軸線方向で、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂに対向する。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂは、右のクランクアーム１１８の下死点または左のクランクアーム１１８の下死点（右のクランクアーム１１８の上死点）を含む所定の範囲αに対応して配置される。所定の範囲αは、クランクアーム１１８が下死点または上死点に配置される基準位置から、クランクアーム１１８が周方向の両側に例えば１５度ずつ回転した位置までの範囲である。所定の範囲αに対応するクランクアーム１１８の回転角度は例えば３０度である。所定の範囲αに対応するクランクアーム１１８の回転角度は、２０度から４０度の範囲が好ましい。
【００３４】
＜ハンドル部＞
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０２ｂの上方に固定されるハンドルステム１０４ａと、ハンドルステム１０４ａに固定されるハンドルバー１０４ｂと、を有する。ハンドルバー１０４ｂの両端には、右側ブレーキレバー１１９ｆと、左側ブレーキレバー１１９ｒと、グリップ１１５と、が装着される。また、右側ブレーキレバー１１９ｆの装着部分のライダー側には、後述する変速ユニット１７０を手元で操作するための変速操作部１７５が取り付けられる。
【００３５】
右側ブレーキレバー１１９ｆは、図示しないフロントブレーキケーブルによりフロントブレーキ装置に接続される。左側ブレーキレバー１１９ｒは、図示しないリアブレーキケーブルによりリアブレーキ装置に接続される。
【００３６】
変速操作部１７５は、図２および図４に示すように、第１変速操作ボタン１７５ａと、第２変速操作ボタン１７５ｂと、操作ダイヤル１７５ｃと、を有する。第１および第２変速操作ボタン１７５ａ，１７５ｂおよび操作ダイヤル１７５ｃは、図４に示すように、ハンドルバー１０４ｂのグリップ１１５を握りながら人の手で操作できる位置にある。
【００３７】
第１および第２変速操作ボタン１７５ａ，１７５ｂは、押しボタンである。第１変速操作ボタン１７５ａは、低速段から高速段への変速を行うためのボタンである。第２変速操作ボタン１７５ｂは、高速段から低速段への変速を行うためのボタンである。操作ダイヤル１７５ｃは、２つの変速モードとパーキング（Ｐ）モードとを切り換えるためのダイヤルであり、３つの停止位置Ｐ，Ａ，Ｍを有している。ここで２つの変速モードとは、自動変速（Ａ）モードと手動変速（Ｍ）モードである。自動変速モードは、後述する速度センサ１９１からの車速信号に基づいて内装変速ハブ１３０を自動変速するモードである。また、手動変速モードは、ライダーが、変速操作ボタン１７５ａ，１７５ｂの操作により、所望の変速段に内装変速ハブ１３０を変速するモードである。手動変速モードにおいて、変速操作ボタン１７５ａおよび１７５ｂは、受付部の一例である。パーキングモードは、内装変速ハブ１３０をロックして後輪１０６ｒの回転を規制するモードであり、走行中は使用されない。
【００３８】
＜駆動部＞
駆動部１０５は、フレーム体１０２ａのハンガー部１２２に回転自在に支持されるクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端にそれぞれ固定されるクランクアーム１１８と、チェーン１１９と、チェーン１１９を駆動して走行を補助するアシスト機構１０５ａと、着脱可能な充電池１０５ｂと、内装変速ハブ１３０と、を有する。クランクアーム１１８は、右クランクアーム１１８ａと左クランクアーム１１８ｂとを有する。右クランクアーム１１８ａおよび左クランクアーム１１８ｂの先端には、ペダル１２１が装着される。右クランクアーム１１８ａと、左クランクアーム１１８ｂとは、１８０度位相が異なる。チェーン１１９は、クランク軸１１６に固定されているフロントスプロケットと、内装変速ハブ１３０に設けられるリアスプロケットとに掛け渡される。
【００３９】
（アシスト機構）
アシスト機構１０５ａは、図２に示すように、走行補助用電動機１６１と、インバータ１６２とを有する。走行補助用電動機１６１は、例えば３相ブラシレスＤＣモータまたは交流モータである。インバータ１６２は、充電池１０５ｂから直流出力される電流を走行補助用電動機１６１の駆動に適した電流交流に変換する。なお、充電池１０５ｂは、アシスト機構１０５ａの電源となるほか、例えば、前照灯１２３および後述する変速ユニット１７０等の電源としても使用される。充電池１０５ｂには、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等が使用される。走行補助用電動機１６１は、チェーンを直接または間接的に駆動可能である。走行補助用電動機１６１は、たとえば減速機構を介してチェーンを駆動してもよいし、減速機構を介してクランクを駆動してもよい。
【００４０】
（内装変速ハブ）
内装変速ハブ１３０は、後輪１０６ｒの中央部に配置され、チェーン１１９により駆動される。内装変速ハブは、変速機の一例である。内装変速ハブ１３０は、例えば８段変速のハブである。また、内装変速ハブ１３０には、例えば、ローラブレーキ、バンドブレーキまたはディスクブレーキ等によって実現されるリアブレーキ装置が連結される。さらに、内装変速ハブ１３０には、遊星歯車機構を備える変速機構を電動駆動するための変速ユニット１７０が連結される。変速ユニット１７０は、図２に示されるように、内装変速ハブ１３０の変速機構を駆動するための変速用電動機１７１と、変速位置を示す変速段数を検出するための段数センサ１７２と、を有する。
【００４１】
＜発電ハブ＞
前輪１０６ｆの中心部には、交流発電機である発電ハブ１９０が設けられる。発電ハブ１９０には、例えば、ローラブレーキ、バンドブレーキ、またはディスクブレーキ等のフロントブレーキ装置が連結されている。発電ハブ１９０にローラブレーキやバンドブレーキや、ディスクブレーキ等のフロントブレーキ装置が連結されない場合には、フロントフォーク１０２ｂに、Ｖブレーキ、カンチブレーキなどのブレーキ装置を設ければよい。発電ハブ１９０には、自転車の車速を測定する速度センサ１９１が備えられている。発電ハブ１９０には、発電ハブ１９０とは別体で速度センサ１９１が設けられてもよいし、発電ハブ１９０そのものを速度センサ１９１として用いてもよい。速度センサ１９０が発電ハブ１９０とは別体で設けられる場合には、たとえば発電ハブ１９０の回転部分に取り付けられる磁石と、発電ハブ１９０の回転しない非回転部に取り付られるリードスイッチまたはホール素子とによって速度センサ１９０が構成される。発電ハブ１９０そのものを速度センサ１９１として用いる場合には、自転車の走行速度を、発電ハブ１９０のダイナモから出力される交流波形に基づいて算出する。速度センサ１９１は走行速度測定部の一例である。ここでは速度センサ１９１が発電ハブ１９０に設けられているが、たとえばスポークに取り付けられる磁石と、フレームに取り付られるリードスイッチまたはホール素子とによって速度センサを構成してもよい。
【００４２】
＜自転車用制御装置＞
自転車１０１で採用される自転車用制御装置の制御部１５１について説明する。制御部１５１は、マイクロコンピュータを有し、接続された電装品を制御する。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ（Central processing unit），ＲＡＭ(random access memory)，ＲＯＭ(read only memory)，Ｉ／Ｏインターフェイスを含む。制御部１５１は、図５に示すように、出力制御部１５１ａと、変速制御部１５１ｂと、検出部１５１ｃと、変速選択部１５１ｄと、を機能部として有する。
【００４３】
（出力制御部）
出力制御部１５１ａは、アシストモード時に、アシスト力としての走行補助用電動機１６１の出力を、踏力に応じて変化させる。具体的には、出力制御部１５１ａは、走行補助用電動機１６１の出力が、トルクセンサ１４１により検出される踏力の所定倍となるよう制御する。出力制御部１５１ａは、複数のアシストモードで走行補助用電動機１６１を制御する。アシストモードとして、踏力の最大２倍のアシスト力で補助する強アシストモード、最大１．５倍のアシスト力で補助する中アシストモード、および最大１倍のアシスト力で補助する弱アシストモードの３つのアシストモードを、出力制御部１５１ａは有している。アシストモードの切換は、ハンドル部１０４に設けられる図示しないスイッチによって行ってもよく、また前記の操作ダイヤル１７５ｃによって行ってもよい。
【００４４】
ところで、トルクセンサ１４１により検出される踏力（ＴＦ）の所定倍を走行補助用電動機１６１の出力（ＡＦ）とする場合、踏力がゼロ近傍に低下するクランクアームの上下死点付近では、走行補助用電動機１６１の出力もほぼゼロに低下する。その結果、図６（Ａ）のように走行補助用電動機１６１の出力が頻繁にオン−オフを繰り返し脈動し、ライダーの快適性に悪影響を与える。図６に示すグラフにおいて横軸は、クランクの位置を表し、縦軸は、踏力および走行補助用電動機の出力を表す。そこで、各アシストモードでは、脈動を避ける制御が行われる。具体的には、クランクアーム１１８が上下死点を含む所定の範囲にあると後述する検出部１７５ｃが検出する場合には、図６（Ｂ）のように走行補助用電動機１６１の出力を一定値とする。一定値は、例えば、クランクアーム１１８が上記の所定の範囲にあると検出した時点の走行補助用電動機１６１の出力値である。このように、走行補助用電動機１６１の出力が頻繁にオン−オフを繰り返す状態を避けるための制御を第１制御と呼ぶ。
【００４５】
出力制御部１５１ａは、上記の第１制御に加え、変速指示を受け付けた際に実行される第２制御を有する。第２制御は、クランクアーム１１８が上下死点を含む所定の範囲にあると後述する検出部１７５ｃが検出する場合のみ、第１制御を実行する場合よりも走行補助用電動機１６１の出力を小さくする制御である。具体的に、第２制御では、例えば、上記に記載した第１制御の脈動状態を避ける制御が実行されない。つまり、図６（Ａ）のように、常に踏力の所定倍の出力を走行補助用電動機１６１に供給させる。したがって、第２制御においては、踏力の小さくなるクランクアーム１１８の上下死点近傍では、走行補助用電動機１６１の出力も小さくなる。特に、踏力が最小となる上下死点では、走行補助用電動機１６１の出力も最小となる。その結果、クランクアーム１１８の上下死点近傍では、チェーン１１９にほとんど駆動力が作用しなくなる。
【００４６】
（変速制御部）
変速制御部１５１ｂは、後述する所定のタイミングで、変速用電動機１７１に対して動作を指示する。後述のように、変速制御部１５１ｂは、自動変速モード時には変速選択部１５１ｄから変速の指示を受け付けるため、変速制御部１５１ｂは受付部の一例である。
【００４７】
（検出部）
検出部１５１ｃは、クランク位置センサ１４２の出力に基づいて、左右の各クランクアーム１１８のいずれかが下死点を含む所定の範囲αにあることを検出する。以下に詳細に説明する。
【００４８】
検出部１５１ｃは、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力の組み合わせにより、右クランクアーム１１８ａおよび左クランクアーム１１８ｂが４つの範囲のいずれにあるのかを検出する。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、Ｓ極４５ａが対向しているときに「Ｌ (Low）」レベルとなり、Ｎ極４５ｂが対向しているときに「Ｈ (High)」レベルとなる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂから出力される信号の組み合わせを、それぞれ、第１の組み合わせＡ１、第２の組み合わせＡ２、第３の組み合わせＡ３および第４の組み合わせＡ４とする。
【００４９】
図７（Ａ）は、第１の組み合わせＡ１のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第１の組み合わせＡ１では、第１ホール素子４６ａの出力は、「Ｌ (Low）」レベルとなり、第２ホール素子４６ｂの出力は、「Ｈ (High)」レベルとなる。右クランクアーム１１８ａが下死点を含む所定の範囲αにあるときは、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第１の組み合わせＡ１となる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第１の組み合わせＡ１のとき、自転車１０１の側面から見て、図７（Ａ）に示すように、第１ホール素子４６ａと第２ホール素子４６ｂ間に磁石４５の第１境界線４５ｃが位置する。
【００５０】
図７（Ｂ）は、第２の組み合わせＡ２のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第２の組み合わせＡ２では、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、ともに「Ｈ」レベルとなる。右クランクアーム１１８ａが下死点を含む所定の範囲αから矢印Ｂで示す方向（自転車１０１の右側から見て時計回り）に回転し、磁石４５の第１境界線４５ｃが第１ホール素子４６ａを超え、かつ左クランクアーム１１８ｂが下死点を含む所定の範囲αに入る直前までの領域にあるときには、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第２の組み合わせＡ２となる。
【００５１】
図７（Ｃ）は、第３の組み合わせＡ３のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第３の組み合わせＡ３では、第１ホール素子４６ａの出力は、「Ｈ」レベルとなり、第２ホール素子４６ｂの出力は、「Ｌ」レベルとなる。左クランクアーム１１８ｂが下死点を含む所定の範囲αにあるときの第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第３の組み合わせＡ３となる。第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第３の組み合わせＡ３のとき、自転車１０１の側面から見て、図７（Ｃ）に示すように、第１ホール素子４６ａと第２ホール素子４６ｂ間に磁石４５の第２境界線４５ｄが位置する。
【００５２】
図７（Ｄ）は、第４の組み合わせＡ４のときの、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂと磁石４５との位置の一例を示す。第４の組み合わせＡ４では、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力は、ともに「Ｌ」レベルとなる。左クランクアーム１１８ｂが下死点を含む所定の範囲αから矢印Ｂで示す方向（自転車１０１の右側から見て時計回り）に回転し、磁石４５の第２境界線４５ｄが第１ホール素子４６ａを超え、かつ右クランクアーム１１８ａが下死点を含む所定の範囲αに入る直前までの領域にあるときには、第１ホール素子４６ａおよび第２ホール素子４６ｂの出力が第４の組み合わせＡ４となる。
【００５３】
（変速選択部）
変速選択部１５１ｄは、操作ダイヤル１７５ｃによりセットされる変速モードを識別し、各モードに応じた変速制御を行う。
【００５４】
識別の結果が自動変速（Ａ）モードであれば、速度センサ１９１で測定される車速に応じて変速段を選択し、選択する変速段に変速するよう変速制御部１５１ｂに変速を指示する。自動変速モードにおいては、変速制御部１５１ｂは受付部として働く。変速段の選択は、車速と、踏力値と、変速段と、が関連付けて記憶されたテーブルに基づき行われる。具体的には、変速選択部１５１ｄは自動変速のための２種類のテーブルを保持し、トルクセンサ１４１で検出した踏力に応じていずれのテーブルを使用するかを決定する。より具体的には、高トルクモードおよびノーマルモードの各テーブルを保持しており、各テーブルには自動変速モード時のシフトアップ及びシフトダウンの車速しきい値が記憶されている。高トルクモードにおける車速しきい値は、踏力値が所定値以上になっているときの車速しきい値であり、ノーマルモードにおける車速しきい値は、踏力値が所定値に達していない場合の車速しきい値である。
【００５５】
一方、変速選択部１５１ｄが、操作ダイヤル１７５ｃが手動変速（M）モードにセットされていると識別する場合は、変速選択部１５１ｄは変速の指示は行わない。手動変速モードでは、ライダーが変速操作部１７５に設けられた第１もしくは第２変速操作ボタン１７５ａ，１７５ｂを操作することで、所望の変速が指示される。
【００５６】
（２）制御動作
以下に、アシスト中における、自転車用制御装置の制御動作について、図８から１０のフローチャートおよび図１１の変速時の走行補助用電動機１６１の出力の変化の例に基づいて説明する。図１１に示すグラフにおいて横軸は、クランクの位置を表し、縦軸は、踏力および走行補助用電動機の出力を表す。
【００５７】
まず、図８の変速制御処理のメインルーチンのフローチャートの一例から説明する。
【００５８】
電源が投入されると、ステップＳ１で初期設定を行う。次にステップＳ２では、変速選択部１５１ｄが、操作ダイヤル１７５ｃが自動変速（Ａ）モードにセットされたか否かを判断し、ステップＳ３では、変速選択部１５１ｄが、操作ダイヤル１７５ｃが手動変速（Ｍ）モードにセットされたか否かを判断する。操作ダイヤル１７５ｃが自動変速モードにセットされる場合には、ステップＳ２からＳ４に移行する。ステップＳ４では、後述する自動変速処理が実行される。操作ダイヤル１７５ｃが手動変速モードにセットされる場合には、ステップＳ３からＳ５に移行する。ステップＳ５では、後述する手動変速処理が実行される。
【００５９】
次に、図９および図１１に基づいて自動変速処理について説明する。図９は自動変速処理のフローチャートの一例である。図１１は、変速時の走行用補助電動機１６１の出力（ＡＦ）の変化の一例である。走行用補助電動機１６１の出力変化と各ステップの関係を示すため、図１１には自動変速処理のステップ名も示す。また、図１１中のＳＣは変速選択部１５１ｄによる変速の指示のタイミングを示す。
【００６０】
ステップＳ１１では、変速選択部１５１ｄは、操作ダイヤル１７５ｃが切り替えられたか否かを判別する。操作ダイヤル１７５ｃが切り替えられた場合には、メインルーチンに戻り、ステップＳ３に移行する。操作ダイヤル１７５ｃが切り替えられていない場合には、ステップＳ１２に移行する。
【００６１】
ステップＳ１２では、変速選択部１５１ｄは、速度センサ１９１で測定される車速に基づいて、上記のように変速段を選択する。選択する変速段と、現在の変速段が異なる場合、変速選択部１５１ｄは、選択する変速段に変速するよう変速制御部１５１ｂに変速を指示する。変速制御部１５１ｂが、変速選択部１５１ｅから変速の指示を受け付けた場合、ステップＳ１３に移行する。信号を受け付けていない場合には、ステップＳ１１に戻る。
【００６２】
ステップＳ１３では、出力制御部１５１ａは、出力制御パターンを第１制御から第２制御に切り替える。
【００６３】
ステップＳ１４では、出力制御部１５１ａは、走行補助用電動機１６１の出力が最小値近傍にあるか否かを判断する。具体的には、走行補助用電動機１６１の出力が所定値より小さいか否かを判断する。なお、本実施形態では、第２制御中は、踏力と走行補助用電動機１６１の出力が比例するため、トルクセンサ１４１によって測定される踏力の値が、所定の値より小さくなったか否かで判断してもよい。走行補助用電動機１６１の出力が最小値近傍にあると判断される場合には、ステップＳ１５に移行する。
【００６４】
ステップＳ１５では、変速制御部１５１ｂは、変速選択部１５１ｄにより指示される変速段に応じて内装変速ハブ１３０が変速されるよう、変速用電動機１７１に動作を指示する。
【００６５】
ステップＳ１６では、変速制御部１５１ｂは、段数センサ１７２が検出する内装変速ハブ１３０の段数と、変速選択部１５１ｄが指示する変速段とが一致するか否かを判別する。一致する場合には変速動作完了と判断してステップＳ１７に移行する。
【００６６】
ステップＳ１７では、出力制御部１５１ａは、出力制御パターンを第２制御から第１制御に切り替える。その後ステップＳ１１に戻る。
【００６７】
次に、図１０に基づいて手動変速処理について説明する。図１０は手動変速処理のフローチャートの一例である。なお、図１１の変速時の走行用補助電動機１６１の出力（ＡＦ）の変化の例は、図１１中のステップ名Ｓ１２からＳ１７を、Ｓ２２からＳ２７と読み替えれば手動変速処理にもあてはまる。なお、その場合、図１１中のＳＣは、第１および第２変速操作ボタン１７５ａ，１７５ｂの操作による変速の指示のタイミングを示す。
【００６８】
ステップＳ２１では、変速選択部１５１ｄは、操作ダイヤル１７５ｃが切り替えられたか否かを判別する。操作ダイヤル１７５ｃが切り替えられた場合には、メインルーチンに戻り、ステップＳ２に移行する。操作ダイヤル１７５ｃが切り替えられていない場合には、ステップＳ２２に移行する。
【００６９】
ステップＳ２２では、変速操作部１７５の第１変速操作ボタン１７５ａもしくは第２変速操作ボタン１７５ｂが、変速の指示を受け付けたか否かが判断される。信号を受け付けた場合はステップＳ２３に移行する。信号を受け付けていない場合には、ステップＳ２１に戻る。
【００７０】
ステップＳ２３では、出力制御部１５１ａは、出力制御パターンを第１制御から第２制御に切り替える。
【００７１】
ステップＳ２４では、出力制御部１５１ａは、走行補助用電動機１６１の出力が所定値より小さい最小値近傍にあるか否かを判断する。上記のように、本実施形態ではトルクセンサ１４１によって測定される踏力の値が所定の値より小さくなったか否かで判断してもよい。走行補助用電動機１６１の出力が最小値近傍にあると判断される場合には、ステップＳ２５に移行する。
【００７２】
ステップＳ２５では、変速操作部１７５により指示される変速の方向（低速から高速、または、高速から低速）に応じて内装変速ハブ１３０が変速されるよう、変速制御部１５１ｂは変速用電動機１７１に動作を指示する。
【００７３】
ステップＳ２６では、変速制御部１５１ｂは、段数センサ１７２が検出する内装変速ハブ１３０の段数と、変速操作部１７５からの指示内容とが一致するか否かで変速の完了を判断する。変速が完了したと判断される場合には、ステップＳ２７に移行する。
【００７４】
ステップＳ２７では、出力制御部１５１ａは、出力制御パターンを第２制御から第１制御に切り替える。その後ステップＳ２１に戻る。
【００７５】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００７６】
（ａ）上記の実施形態では、クランク位置センサ１４２および検出部１５１ｃを用いてクランクアーム１１８が上下死点を含む所定の範囲にあることが検出される。これに代えて、出力制御部１５１ａが、クランクアーム１１８が上下死点を含む所定の範囲にあることを、クランク位置センサ１４２および検出部１５１ｃを用いずに判断してもよい。
【００７７】
具体的には、トルクセンサ１４１により計測される踏力は、上下死点付近ではほぼゼロになることから、出力制御部１５１ａは、踏力が所定値より小さくなった場合にクランクアーム１１８が上下死点を含む所定の範囲に位置すると判断する。この場合には、クランク位置センサ１４２および検出部１５１ｃを省略することが可能となり、本発明の採用される自転車の構成を簡素化することができる。
【００７８】
（ｂ）上記実施形態では、内装変速機を構成する内装変速ハブ１３０を後輪１０６ｒに装着した自転車１０１に本発明が適用される。これに代えて、クランク軸に付けた遊星歯車機構によって変速を行う変速機を持つ自転車に適用してもよい。
【００７９】
（ｃ）上記の実施形態では、内装変速機を構成する内装変速ハブ１３０を後輪１０６ｆに装着した自転車１０１に本発明を適用している。これに代えて、電動駆動されるフロントディレーラおよび／またはリアディレーラを有する外装変速機を備える自転車に本発明を適用してもよい。この場合、チェーンに過度の張力が掛かった状態で変速動作が行われることがなくなり、変速動作がスムーズになる。
【００８０】
（ｄ）上記実施形態では、変速用電動機１７１を有する変速機を有する自転車について例示したが、変速用電動機を有する必要はなく、手動でシフターにより変速用ワイヤを操作する変速機であってもよい。この場合には、シフターまたはワイヤの動作を検出するためのセンサを設けておき、シフターまたはワイヤが動作するとセンサが変速要求を出力する。たとえば前記センサはシフターに設けられ、ライダーがシフターの操作部を操作して、実際にワイヤが動作する前にセンサが変速要求を出力するのが好ましい。
【００８１】
（ｅ）上記実施形態の第２制御においては、常に踏力の所定倍のアシスト力を走行補助用電動機が供給する。これに代えて、第２制御においては、例えばクランクアーム１１８が上下死点近傍の所定の範囲にあるときには、走行補助用電動機１６１の出力をゼロもしくは第１制御時より小さくなる一定値としてもよい。
【００８２】
（ｆ）上記実施形態では、クランク軸１１６の近傍にアシスト機構１０５ａを配備し、走行補助用電動機１６１の出力をチェーン１１９に伝えている。このアシスト機構１０５ａに代えて、前輪１０６ｆに走行アシスト用のモータユニットを装着してもよい。このモータユニットの内部には、走行補助用電動機、インバータ、車速センサなどを配置することが好ましい。
【００８３】
（ｇ）上記実施形態では、クランク軸１１６の近傍にアシスト機構１０５ａを配備し、走行補助用電動機１６１の出力をチェーン１１９に伝えている。このアシスト機構１０５ａに代えて、後輪１０６ｒに走行アシスト用のモータユニットを装着してもよい。この場合、モータユニットは変速機の出力側に設けられる。
【００８４】
（ｈ）上記実施形態では、クランク位置センサ１４２には、磁石４５と、ホール素子４６ａ，４６ｂを用いたセンサが適用される。クランク位置センサ１４２は、上記構成に限らず、例えばロータリーエンコーダによって実現されてもよい。
【００８５】
（ｉ）上記実施形態では、トルクセンサ１４１の出力を踏力として利用しているが、踏力の検出方法はこれに限られない。例えば、トルクセンサ１４１に代えて、ペダルの踏力を検出するセンサを設けてもよく、またチェーンのテンションを検出するセンサを設けてもよい。
【００８６】
（ｊ）ハンドル１０４にタッチパネルを有する表示入力装置を固定し、アシストモードの選択、車速や変速段数の表示、充電池１０５ｂの残量表示などを可能にしてもよい。
【００８７】
（ｋ）上記実施形態の第１制御においては、クランクアーム１１８が上下死点を含む所定の範囲にあると後述する検出部１７５ｃが検出する場合には、走行補助用電動機１６１の出力を一定値としているが、クランクアーム１１８が所定の範囲にあるときの脈動を抑制する制御であればよい。たとえば、クランクアーム１１８が所定の範囲にあるときの踏力に対する走行補助電動機の出力の割合を、クランクアーム１１８が他の範囲にあるときよりも大きくする構成であってもよい。またたとえば、クランクアーム１１８が所定の範囲にあるときの踏力の変化に対する走行補助電動機の出力の変化の割合を、クランクアーム１１８が他の範囲にあるときよりも小さくする構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０１    自転車
１０５ａ  アシスト機構
１１６    クランク軸
１１８    クランクアーム
１１８ａ  右クランクアーム
１１８ｂ  左クランクアーム
１３０    内装変速ハブ
１４１    トルクセンサ
１４２    クランク位置センサ
１５１    制御部
１５１ａ  出力制御部
１５１ｂ  変速制御部
１５１ｃ  検出部
１６１    走行補助用電動機
１７１    変速用電動機
１９１    速度センサ
１７５ａ  第１変速操作ボタン
１７５ｂ  第２変速操作ボタン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005237421.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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